Aatomituum

Tuum koosneb kahte liiki osakestest: prootonitest ja neutronitest ehk nukleonidest[mõiste: nukleonid – tuumaosakesed: prootonid ja neutronid] (ld nucleus − tuum). Prootoni laeng on elektroni laenguga võrdne, aga vastasmärgiline, st positiivne. Prootoni mass on ligikaudu 2000 korda suurem elektroni massist. Neutronil elektrilaengut ei ole ja tema mass on ligikaudu võrdne prootoni massiga. Neutron on ebastabiilne osake, st väljaspool tuuma olev vaba neutron laguneb prootoniks ja elektroniks.

Kuna nukleonide mass on elektronide massist palju suurem, on enamik aatomi massist koondunud tuuma. Kuna tuumaosakesed paiknevad väga tihedalt koos, on aine tihedus tuumas väga suur. Kui meil oleks võimalik saada näiteks $1 {\mathrm{mm}}^3$ tuumaainet, oleks selle mass peaaegu 200 000 tonni.

Tuuma mass on võrdne selles olevate prootonite massi ja neutronite massi summaga. Tuuma massi kirjeldab massiarv[mõiste: massiarv (A) – kirjeldab tuuma massi, on võrdne tuumas olevate nukleonide arvuga] (A), mis on võrdne tuumas olevate nukleonide (prootonite ja neutronite) arvuga. Näiteks on raua aatomi tuumas 26 prootonit ja 30 neutronit, seega on raua massiarv 56 (A = 56).

Tuuma laengut kirjeldab laenguarv[mõiste: laenguarv (Z) – kirjeldab tuuma laengut, on võrdne tuumas olevate prootonite arvuga] (Z), mis on võrdne tuumas olevate prootonite arvuga. Kuna raua aatomi tuumas on 26 prootonit, on raua laenguarv 26 (Z = 26). Laenguarv näitab ka aatomis olevate elektronide arvu, sest elektrone ja prootoneid on aatomis ühepalju.

Keemilise elemendi massi- ja laenguarv esitatakse tavaliselt kujul ${}_Z^{A}X$, kus X tähistab keemilise elemendi sümbolit. Näiteks hapnik, mille massiarv on 16 ja laenguarv 8, tuleks kirja panna nii: ${}_{\mathrm{ 8}}^{16}\mathrm{O}$.

Prootoneid ja neutroneid ehk tuumaosakesi hoiab koos eriline tõmbejõud, mida nimetatakse tuumajõuks[mõiste: tuumajõud – tõmbejõud, mis hoiab koos tuumaosakesi]. See jõud on positiivselt laetud prootonite omavahelisest elektrilisest tõukejõust umbes 100 korda suurem. Tuumajõudude mõjuulatus on väga väike, mistõttu väga suurtes aatomituumades ei suuda tuumajõud tuuma väga hästi koos hoida ning tuum võib laguneda. Sellest nähtusest tuleb juttu peatükis 9.3.

Kuna nukleonid tõmbuvad tuumajõu tõttu tugevasti üksteise poole, on tuuma väga raske osakesteks lõhkuda. Selleks on vaja väga suurt jõudu, st tuleb väga palju tööd teha. Energiat, mis tuleb kulutada, et tuum üksikuteks nukleonideks lõhkuda, nimetatakse seoseenergiaks[mõiste: seoseenergia – energia, mis tuleb kulutada, et tuum üksikuteks nukleonideks lõhkuda]. 

Tuumade uurimine on näidanud, et ühe ja sama keemilise elemendi tuumad võivad olla erineva massiga. Kuna prootoneid on aine tuumas alati kindel arv, saab mass erineda ainult seetõttu, et tuumas on erinev arv neutroneid. Selliseid keemilise elemendi erimeid nimetatakse isotoopideks[mõiste: isotoop – keemilise elemendi erim, milles on erinev arv neutroneid]. See nimetus viitab asjaolule, et tegemist on perioodilisustabelis[mõiste: perioodilisustabel – tabel, milles on keemilised elemendid reastatud laenguarvu kasvu järjekorras ning kus elementide keemiliste omaduste perioodiline korduvus ilmneb (üldiselt) iga 18 elemendi järel] samal kohal asuvate elementidega, sest kreeka keeles tähendab iso „sama“ ja topos „kohta“. Looduses esinevad elemendid tavaliselt isotoopide seguna. Näiteks on looduslik lämmastik kahe isotoobi $({}_{\mathrm{ 7}}^{14}\mathrm{N} \mathrm{ja} {}_{\mathrm{ 7}}^{15}\mathrm{N})$ ja hapnik kolme isotoobi $({}_{\mathrm{ 8}}^{16}\mathrm{O}\mathrm{,} {}_{\mathrm{ 8}}^{17}\mathrm{O} \mathrm{ja} {}_{\mathrm{ 8}}^{18}\mathrm{O})$ segu.